УСТАНОВКА ДЛЯ ВАКУУМНОГО ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ ПАНЕЛЕЙ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Российский патент 2013 года по МПК B64G7/00 G01N3/60 

Изобретение относится к испытаниям космической техники, а именно к установкам для имитации тепловых режимов работы элементов космических аппаратов, и может быть использовано для проведения испытания полногабаритных, крупногабаритных панелей фотопреобразователей (ФП) на воздействие термоциклов.

Основное требование к установкам для термоциклических испытаний в вакууме типовых панелей фотопреобразователей быстрая смена температуры в диапазоне от минус 190°C до плюс 200°C.

Известные установки для вакуумного термоциклирования имеют в основном две конфигурации. Первые установки однокамерные, и смена температур реализуется попеременной работой нагревателей и холодильников, которые размещаются в одной камере. Термоциклирование осуществляется в режиме плотного контакта и теплообмена между испытываемой конструкцией и нагревателя или холодильника.

В качестве иллюстрации можно привести известные установки для вакуумного термоциклирования, приведенные в описаниях к SU 573610, МПК² F04B 37/14, G01N 3/18, SU 1508006, МПК⁴ F04B 37/14.

Недостатком известных конструкций является высокая инерционность системы при установлении тепловых режимов, связанная с включением и отключением нагревательного элемента. Кроме того, известные установки не позволяют испытывать крупногабаритные изделия и, в частности, панели фотопреобразователей космических аппаратов.

Вторые - двухкамерные с горячей и холодной температурными зонами, в которых испытываемое изделие перемещается из низкотемпературной зоны с криопанелями в высокотемпературную с тепловой панелью. Термоциклирование осуществляется в условиях теплового поглощения и излучения. К числу таких относится устройство для термоциклических испытаний панелей фотоэлектрических батарей, приведенное в описании к RU 2040076, МПК⁶ H01L 31/18. Оно содержит вакуумную камеру с двумя параллельными плоскими криопанелями в холодном отсеке и нагревателем в виде блока ламп накаливания в горячем отсеке с одной криопанелью, а также с реечным механизмом перемещения испытываемой панели.

Недостатками известного устройства являются возможность механических повреждений хрупких испытываемых панелей в процессе их перемещения между температурными зонами, сложность механизма перемещения и его размещение в вакуумной камере, большие горизонтальные габариты установки, а также длительное время вакуумной откачки в связи с большими объемами вакуумной камеры.

В основу настоящего изобретения положена задача создания установки для термоциклических испытаний в вакууме панелей фотопреобразователей, которая обеспечит достижение технического результата, выражающегося в повышении точности тепловой имитации условий космоса, сохранности испытываемой ФП от механических повреждений, упрощении конструкции, снижении потребляемой электроэнергии и уменьшении производственных площадей, занимаемых установкой.

Технический результат достигается тем, что в установке для вакуумного термоциклирования панелей фотопреобразователей, включающей вакуумную камеру, состоящую из двух сообщающихся отсеков, в одном из которых установлены параллельно две криопанели с возможностью размещения между ними испытываемой панели, в другом тепловая панель в виде блока ламп накаливания, причем криопанели и тепловая панель расположены вертикально, а отсек тепловой панели размещен над отсеком криопанелей, которые установлены с возможностью дополнительного размещения между ними тепловой панели, при этом последняя снабжена механизмом возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости и теплоизоляцией со стороны, обращенной к криопанели. Механизм перемещения тепловой панели может быть выполнен в виде мотор-редуктора с управлением от частотного привода. Отсек криопанелей может быть выполнен в виде горизонтального цилиндрического корпуса.

Вертикальное расположение криопанелей и тепловой панели в соответствующих отсеках друг над другом позволяет не только уменьшить производственные площади, занимаемые установкой, но и снизить энергозатраты за счет возвратно-поступательного перемещения тепловой панели в вертикальной плоскости, уменьшения сроков вакуумной откачки и отказа от криопанели в тепловом отсеке.

Снабжение тепловой панели механизмом перемещения и теплоизоляцией, а также возможность ее размещения между криопанелями и испытываемой панелью позволяют, во-первых, проводить термоциклы при неподвижном положении испытываемой панели, предотвращая от механических повреждения. Во-вторых, по сравнению с прототипом, исключить дорогостоящую вспомогательную криопанель, снижая при этом не только стоимость установки, но и потребление энергоносителей на проведение термоциклирования в вакууме.

Выполнение механизма в виде мотор-редуктора с управлением от частотного привода позволяет осуществлять перемещение тепловой панели с заданной скоростью, имитируя смену тепловых режимов, близкую к космическим орбитам при переходе космического аппарата из тени Земли и Луны под Солнце и, наоборот.

На фиг.1 схематично изображен общий вид поперечного сечения установки для вакуумного термоциклирования панелей ФП в режиме «захолаживания» панели; на фиг.2 - общий вид продольного сечения установки в режиме «захолаживания» панели; на фиг.3 - общий вид поперечного сечения установки в режиме нагрева панели ФП; на фиг.4 - общий вид продольного сечения установки в режиме нагрева панели ФП.

Установка для вакуумного термоциклирования панелей ФП содержит вакуумную камеру, состоящую из горизонтального цилиндрического отсека 1 с двумя вертикальными параллельными криопанелями 2, 3 и отсека 4 в виде прямоугольного параллепипеда для размещения тепловой панели 5. Прямоугольный корпус отсека 4 установлен на корпусе цилиндрического отсека 1 вдоль продольной образующей, они сообщаются через продольный паз, соответствующий размерам тепловой панели 5, и герметично соединены. Криопанели 2, 3 установлены в отсеке 1 на расстоянии, обеспечивающем размещение тепловой панели 5 в пространстве между ними и испытываемой панелью ФП 6.

Тепловая панель 5 состоит из секций галогенных ламп, установлена в отсеке 4 в подвешенном положении и снабжена механизмом 7 вертикального возвратно-поступательного перемещения в пространстве между одной из криопанелей, например криопанелью 2 и испытываемой панелью 6. Поверхность тепловой панели 5, обращенная к криопанели 2, снабжена теплозащитой. Механизм 7 перемещения размещается вне корпуса отсека 4 и может быть выполнен в виде мотор-редуктора с управлением от частотного привода.

Криопанели 2, 3 подключены к системе охлаждения 8 регулирования подачи криогенной жидкости.

Корпус цилиндрического отсека 1 с одного торца соединен с системой вакуумирования 9. С другого торца размещена дверь 10 для загрузки-выгрузки испытываемых панелей ФП 6.

Установка снабжена датчиками 11, 12 для контроля температуры на испытываемых поверхностях панели ФП 6.

Установка для вакуумного термоциклирования работает следующим образом.

Испытываемую панель ФП 6 загружают через дверь 10 в отсек 1, размещая между криопанелями 2, 3, и устанавливают на ней датчики 11, 12. Включают систему вакуумирования 9. При достижении требуемого вакуума включают систему охлаждения 8. При достижении заданной отрицательной температуры начинается время отсчета выдержки панели ФП 6 при отрицательной температуре.

За определенное время до окончания времени выдержки при отрицательной температуре включают тепловую панель 5 на расчетную мощность.

После окончания выдержки при отрицательной температуре включают механизм 7 и тепловую панель 5 из отсека 4 опускают с заданной скоростью, перемещая в отсек 1 в пространство между криопанелью 2 и испытываемой панелью ФП 6. Фиксируют положение тепловой панели 5 выключением механизма 7. Включение механизма 7 перемещения тепловой панели 5 производится по программе, а выключение от конечных выключателей, установленных в конечных положениях тепловой панели 5 внутри отсека 4 вакуумной камеры.

Зафиксировав положение тепловой панели 5, после достижения ею заданной температуры начинают отсчет времени выдержки при положительной температуре. По окончании времени выдержки тепловую панель 5 перемещают с заданной скоростью в отсек 4, и термоцикл завершен.

На момент окончания времени выдержки испытываемой панели ФП 6 при положительной температуре криопанели 2, 3 имеют заданную отрицательную температуру, и начинается следующий термоцикл.

Изобретение относится к испытаниям космической техники, а именно к установкам для имитации тепловых режимов работы элементов космических аппаратов. Установка для вакуумного термоциклирования панелей фотопреобразователей содержит вакуумную камеру, состоящую из двух сообщающихся отсеков. В одном отсеке установлены параллельно две криопанели с возможностью размещения между ними испытываемой панели, в другом отсеке - тепловая панель, выполненная в виде блока ламп накаливания. Криопанели и тепловая панель расположены вертикально, а отсек тепловой панели размещен над отсеком криопанелей. Криопанели установлены с возможностью дополнительного размещения между ними тепловой панели. Тепловая панель снабжена механизмом возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости и теплоизоляцией со стороны, обращенной к криопанели. Решение направлено на повышение точности тепловой имитации условий космоса. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Установка для вакуумного термоциклирования панелей фотопреобразователей, включающая вакуумную камеру, состоящую из двух сообщающихся отсеков, в одном из которых установлены параллельно две криопанели с возможностью размещения между ними испытываемой панели, в другом - тепловая панель в виде блока ламп накаливания, отличающаяся тем, что криопанели и тепловая панель расположены вертикально, а отсек тепловой панели размещен над отсеком криопанелей, которые установлены с возможностью дополнительного размещения между ними тепловой панели, при этом последняя снабжена механизмом возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости и теплоизоляцией со стороны, обращенной к криопанели.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что механизм перемещения тепловой панели выполнен в виде мотор-редуктора с управлением от частотного привода.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что отсек криопанелей выполнен в виде горизонтального цилиндрического корпуса.